ChaoJi充電接口的背景信息和產(chǎn)生過(guò)程

引言

這篇文章是邀請(qǐng)倪總寫的內(nèi)容，主要系統(tǒng)性的講述chaoji充電接口的背景信息，從標(biāo)準(zhǔn)主要指定著的角度來(lái)讓我們了解中國(guó)主要引導(dǎo)這個(gè)充電標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生過(guò)程。

01

一、背景

目前被國(guó)際上廣泛接受的電動(dòng)汽車直流充電技術(shù)一共有3種系統(tǒng)（分別為日本CHAdeMO充電系統(tǒng)，中國(guó)GB/T充電系統(tǒng)和歐美CCS充電系統(tǒng)）、四種接口（CCS充電系統(tǒng)由于歐美的交流接口的不同，分成了采用同樣設(shè)計(jì)理念的CCS1和CCS2兩種不同界面布置的交直流組合式接口），如圖1所示。

圖1 國(guó)際主流的四種直流充電接口

這些系統(tǒng)和接口均在2010-2012年期間完成設(shè)計(jì)定型，截止目前已經(jīng)被國(guó)內(nèi)外的主流汽車制造廠和充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)和制造企業(yè)廣泛地使用了近十年的時(shí)間。在這十年里，這些接口為世界上不同經(jīng)濟(jì)體的純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)，與此同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)了這些系統(tǒng)和接口也不同程度地存在著這樣或那樣的問(wèn)題和缺陷。主要表現(xiàn)在以下這些方面。

1．結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷

在充電插頭的設(shè)計(jì)方面，由于對(duì)使用環(huán)境的估計(jì)不足，各種充電插頭的設(shè)計(jì)方案都存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題，其中CCS充電插頭在機(jī)械強(qiáng)度上設(shè)計(jì)最弱，GB/T次之。在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)都出現(xiàn)不同程度的損壞情況（如圖2所示），有的地方甚至出現(xiàn)帶電導(dǎo)體完全暴露等極其危險(xiǎn)的狀況。

圖2 各種接口現(xiàn)場(chǎng)損壞情況舉例

在充電插頭與插座的配合方面，以GB/T方案為例，由于國(guó)標(biāo)中允許在1.9mm尺寸范圍內(nèi)自由晃動(dòng)（如圖3中綠色部分），導(dǎo)致在插入過(guò)程中容易產(chǎn)生接觸晃動(dòng)及偏斜等情況。

圖3 GB/T2015充電槍插入充電座間隙問(wèn)題

另外GB/T配合尺寸公差大，且無(wú)對(duì)插引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，當(dāng)充電槍采用傾斜角度插拔或上下左右插拔時(shí)，充電槍的絕緣體孔口與充電插座孔位絕緣柱存在干涉，互插時(shí)會(huì)干涉磨損，同時(shí)充電時(shí)針孔也會(huì)呈一定角度進(jìn)行對(duì)插，針孔連接電阻增大，這也加速了插孔損壞。圖4是以CC2孔位配合為例。

圖4 CC2配合尺寸公差對(duì)充電產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的影響.

以上配合及公差的問(wèn)題造成了GB/T連接器在使用中，尤其是在充電電流較大時(shí)極易造成鏈接端子出現(xiàn)燒蝕（如圖5所示），損壞率大大提高。圖6為某連接器廠家統(tǒng)計(jì)的某批次充電插頭現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)的溫升數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析得出在電流較大的時(shí)候由于上述原因，充電連接器使用壽命非常短。

圖5 GB/T2015連接器燒蝕情況

圖6 某批次充電插頭現(xiàn)場(chǎng)溫升數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

另外，GB/T 2015充電連接器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還有一個(gè)嚴(yán)重的設(shè)計(jì)缺陷，就是在電動(dòng)汽車安全全球法規(guī)（EVS-GTR）中針對(duì)諸如充電連接器等高壓部件，要求必須符合IPXXB的要求(如圖7所示)。而GB/T 2015充電連接器的設(shè)計(jì)由于采用了12mm的主功率端子設(shè)計(jì)，無(wú)法通過(guò)圖8標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)的測(cè)試，從而也無(wú)法滿足這一要求。這個(gè)缺陷也使得在IEC標(biāo)準(zhǔn)中將整個(gè)中國(guó)直流充電方案排除在歐洲標(biāo)準(zhǔn)之外（如圖9所示），導(dǎo)致中國(guó)汽車出口到歐洲，采用或參考?xì)W盟標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家和地區(qū)均事實(shí)上難以使用GB/T直流充電標(biāo)準(zhǔn)，而只能使用歐美CCS充電系統(tǒng)或者日本CHAdeMO充電系統(tǒng)。

圖7 電動(dòng)汽車安全全球法規(guī) (EVS)-2018

圖8 IPXXB標(biāo)準(zhǔn)量規(guī)

圖9 IEC 61851-23 ed1 中國(guó)直流充電方案排除在歐洲標(biāo)準(zhǔn)之外

GB/T充電連接器的電子鎖設(shè)計(jì)參考了日本CHAdeMO充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，將電子鎖設(shè)計(jì)在了充電插頭端，但其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)又相對(duì)過(guò)于簡(jiǎn)單，鎖止動(dòng)作不可靠，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)鎖不上或拔不下的問(wèn)題，同時(shí)采用了電子鎖復(fù)用機(jī)械鎖止結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致無(wú)論機(jī)械鎖還是電子鎖只要有一個(gè)失效，整個(gè)鎖止系統(tǒng)就會(huì)失效。

圖10 GB/T充電連接器的電子鎖示意圖

2．電氣連接及系統(tǒng)安全缺陷

GB/T和CCS充電系統(tǒng)采用了類似的導(dǎo)引電路設(shè)計(jì)，如圖11，12，13所示，在樁和車的兩側(cè)分別有電源U1和U2。這兩個(gè)電源在正常工作時(shí)互相沒(méi)有影響，但當(dāng)PE在某些特定的地方斷開(kāi)時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)回路，導(dǎo)致PE中斷時(shí)車樁雙方都無(wú)法檢測(cè)，這帶來(lái)了很大的安全隱患。CHAdeMO充電系統(tǒng)由于其PE采用了直徑僅1.5mm的信號(hào)地設(shè)計(jì)，造成其在充電時(shí)，尤其是在干擾較大的大功率充電場(chǎng)合，通信信號(hào)受到較為嚴(yán)重的干擾。這些問(wèn)題采用原有的導(dǎo)引電路和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均無(wú)法很好地解決。

圖11 CCS1控制導(dǎo)引電路圖

圖12 CCS2控制導(dǎo)引電路圖

圖13 GB/T控制導(dǎo)引電路圖

此外，在歐美、日本和中國(guó)目前使用的充電標(biāo)準(zhǔn)中，針對(duì)安全的一系列諸如Y電容、最大短路電路、人體PE、絕緣檢測(cè)時(shí)間等與充電安全相關(guān)的問(wèn)題，或未定義或要求過(guò)于寬泛，這些問(wèn)題都需要建立一個(gè)統(tǒng)一的安全模型，通過(guò)軟硬件的改進(jìn)提升和明確技術(shù)要求來(lái)解決。

3．兼容性設(shè)計(jì)缺失，系統(tǒng)的可擴(kuò)充能力低

如上文所述，目前國(guó)際上廣泛使用的三個(gè)充電系統(tǒng)四種直流充電接口均為2010年前后設(shè)計(jì)，當(dāng)時(shí)要解決的首要問(wèn)題就是能不能充電以應(yīng)對(duì)即將到來(lái)的汽車電動(dòng)化時(shí)代。因此幾乎所有的系統(tǒng)除基本的充電功能以外均沒(méi)有考慮對(duì)其他功能的適用性。在系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)上都沒(méi)有考慮完善的向后兼容性。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，各種各樣的諸如PnC、V2X、大功率充電等不同的應(yīng)用訴求層出不窮。一個(gè)接口系統(tǒng)如果沒(méi)有良好的兼容性設(shè)計(jì)，在為了滿足新增功能的需求或修正原系統(tǒng)的錯(cuò)誤而推出新的系統(tǒng)后，就會(huì)出現(xiàn)新老系統(tǒng)的兼容性問(wèn)題，這個(gè)現(xiàn)象在GB/T2011充電系統(tǒng)升級(jí)到GB/T2015充電系統(tǒng)的過(guò)程中已經(jīng)表現(xiàn)得非常明顯：當(dāng)時(shí)由于GB/T充電系統(tǒng)在軟硬件兩方面均未考慮完善的兼容性設(shè)計(jì)，造成在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)新老系統(tǒng)難以互用，甚至帶來(lái)安全問(wèn)題。幸運(yùn)的是，當(dāng)時(shí)采用GB/T2011充電系統(tǒng)和設(shè)備數(shù)量較少，所以問(wèn)題顯得不是很突出。但如果今后要對(duì)數(shù)量巨大的GB/T2015充電系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，只是簡(jiǎn)單地增加功能，不做完善的兼容性設(shè)計(jì)會(huì)給未來(lái)的發(fā)展造成巨大的混亂，大大降低系統(tǒng)的安全性和可用性。

小結(jié)：這是上篇，講了背景和現(xiàn)狀，其實(shí)目前250A的限制對(duì)于中國(guó)電動(dòng)汽車的發(fā)展的充電設(shè)置了挺大的瓶頸

原文標(biāo)題：面向未來(lái)的新一代電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)ChaoJi上

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